Energieeffiziente Herstellung von thermisch gespritzten Schichten mit verbesserten Eigenschaften durch Einsatz eines modifizierten Lichtbogendrahtspritzprozesses

Ziel des Vorhabens war es, durch Modifikation von Lichtbogendrahtspritz-Prozessen verbesserte Schichten, unter Berücksichtigung von Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit, zu erreichen. Ferner sollte das Bilden von Spratzern durch geeignete Maßnahmen möglichst eingeschränkt werden.

Lichtbogendrahtspritzen (LDS) ist ein thermisches Beschichtungsverfahren mit breitem Einsatzspektrum, das sich besonders durch seine Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Beim LDS werden die Enden zweier stromführender Drähte durch einen Lichtbogen abgeschmolzen und die dadurch gebildeten Partikel mittels eines Zerstäubergases, in der Regel Druckluft, in Richtung eines Werkstücks beschleunigt, wo sie sich schichtbildend niederschlagen.

Nachteilig beim LDS ist, dass, besonders bei Verwendung von Luft als Zerstäubergas, der Oxidgehalt der Spritzschicht vergleichsweise hoch ist. Zudem variieren die Größen der sich bildenden Partikel, so dass die Schicht, im Vergleich zu anderen thermischen Beschichtungsverfahren, meist höhere Porositäten und Oberflächenrauigkeiten aufweist. Ferner können Spratzer, Einschlüsse von unaufgeschmolzenem Draht in der Schicht, entstehen, die ebenso nachteilig sind.

Mittels der Verwendung von Stickstoff und Stickstoff-Wasserstoff-Gemischen sowie Variation der Prozessparameter (modifizierte LDS-Prozesse) wurde durch Einsatz verschiedener Methoden das Prozessverständnis erweitert und der Einfluss auf den Prozess bestimmt. Dafür wurden u. a. Messsysteme zur Spratzerdiagnostik entwickelt und numerische Simulationen durchgeführt. Auf diese Weise konnten verbesserte Schichten erzielt werden, wobei anhand von industrierelevanten Anwendungsbeispielen explizit die Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit herausgestellt wurde.